Nano-'komputer' Berbasis Protein Berkembang Dalam Kemampuan Mempengaruhi Perilaku Sel

Diterbitkan Ulang Oleh Plato

Followers: 0

26 Mei 2023 (Berita Nanowerk) Agen komputasi nano berbasis protein pertama yang berfungsi sebagai sirkuit telah diciptakan oleh peneliti Penn State. Pencapaian ini menempatkan mereka selangkah lebih dekat dalam mengembangkan terapi berbasis sel generasi berikutnya untuk mengobati penyakit seperti diabetes dan kanker. Pendekatan biologi sintetik tradisional untuk terapi berbasis sel, seperti terapi yang menghancurkan sel kanker atau mendorong regenerasi jaringan setelah cedera, bergantung pada ekspresi atau penekanan protein yang menghasilkan tindakan yang diinginkan di dalam sel. Pendekatan ini memerlukan waktu (sampai protein dapat diekspresikan dan terdegradasi) dan memerlukan energi seluler dalam prosesnya. Sebuah tim peneliti dari Penn State College of Medicine dan Huck Institutes of the Life Sciences mengambil pendekatan yang berbeda. “Kami merekayasa protein yang secara langsung menghasilkan tindakan yang diinginkan,” kata Nikolay Dokholyan, Profesor G. Thomas Passananti dan wakil ketua penelitian di Departemen Farmakologi. “Perangkat berbasis protein atau agen komputasi nano kami merespons langsung terhadap rangsangan (input) dan kemudian menghasilkan tindakan yang diinginkan (output).” Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan di Kemajuan ilmu pengetahuan ("Sirkuit logika protein kombinatorial nonkomutatif mengontrol orientasi sel dalam lingkungan nano"), Dokholyan dan mahasiswa doktoral bioinformatika dan genomik Jiaxing Chen menjelaskan pendekatan mereka dalam menciptakan agen komputasi nano. Mereka merekayasa protein target dengan mengintegrasikan dua domain sensor, atau area yang merespons rangsangan. Dalam hal ini, protein target merespons cahaya dan obat yang disebut rapamycin dengan menyesuaikan orientasi atau posisinya dalam ruang. Untuk menguji desain mereka, tim memperkenalkan protein rekayasa mereka ke dalam sel hidup dalam kultur. Dengan memaparkan sel-sel yang dikultur pada rangsangan, mereka menggunakan peralatan untuk mengukur perubahan orientasi seluler setelah sel-sel terkena rangsangan domain sensor. Sebelumnya, mereka agen komputasi nano memerlukan dua masukan untuk menghasilkan satu keluaran. Sekarang, Chen mengatakan ada dua kemungkinan keluaran dan keluarannya bergantung pada urutan masukan yang diterima. Jika rapamycin terdeteksi terlebih dahulu, diikuti oleh cahaya, sel akan mengadopsi salah satu sudut orientasi sel, namun jika rangsangan diterima dalam urutan terbalik, maka sel mengadopsi sudut orientasi yang berbeda. Chen mengatakan bukti konsep eksperimental ini membuka pintu bagi pengembangan agen komputasi nano yang lebih kompleks. “Secara teoritis, semakin banyak masukan yang Anda masukkan ke dalam agen komputasi nano, semakin besar potensi hasil yang dapat dihasilkan dari kombinasi yang berbeda,” kata Chen. “Masukan potensial dapat mencakup rangsangan fisik atau kimia, dan keluarannya dapat mencakup perubahan perilaku seluler, seperti arah sel, migrasi, modifikasi ekspresi gen, dan sitotoksisitas sel kekebalan terhadap sel kanker.” Tim berencana untuk mengembangkan lebih lanjut agen komputasi nano dan bereksperimen dengan berbagai aplikasi teknologi. Dokholyan, peneliti di Penn State Cancer Institute dan Penn State Neuroscience Institute, mengatakan konsep mereka suatu hari nanti dapat menjadi dasar terapi berbasis sel generasi berikutnya untuk berbagai penyakit, seperti penyakit autoimun, infeksi virus, diabetes, cedera saraf, dan kanker. .